胡家河煤矿401103工作面冲击矿压规律及防控技术

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陕西彬长矿区深地资源赋存环境复杂,胡家河矿规模化开发面临“三高一扰动”问题。高动态集中应力作用下,煤体聚集大量弹性能,引发煤体破坏,诱发冲击地压。针对应力集中区潜在的冲击地压问题,本文基于原位多应力路径真三轴实验、理论分析、数值模拟和工程应用相结合的研究手段,研究煤体受载后裂缝煤体的破坏形态特征,揭示声发射响应规律和分形特征,探索裂缝煤体冲击失稳的力学机制,基于数值模拟确定重点防冲区域,提出工程防控技术措施。论文的主要研究结论如下:1.通过煤体真三轴力学实验,得出了煤体试件的破坏状态为“拉-剪”式破坏;分析了煤体受载破坏后的裂隙形态特征;得出了煤的可承受均值强度区间位于14~18MPa;通过AE信号分析,得出了破坏煤体的损伤变量三个期间即在初始期间为0,在稳定发展期位于0.04~0.17范围内,在加速发展期呈现90°指数增加;采用分形原理,得到了分形维数与碎屑量的关系,即路径2斜率最大,对应的分形维数也越大(1.50~1.59),煤的破碎程度越大,碎屑量越多,煤体破坏动力迅猛导致煤岩系统失稳诱发冲击矿压。不同应力路径对于破碎块体的分形维数值具有显著影响,对于高应力的存在一定程度上削弱了煤体的强度。2.基于实验研究结果,利用冲击地压理论对煤样力学特性实验进行理论验证。得出了煤体强度大,弹性良好,发生冲击倾向性随之增高,同时也取决于加载方式;分析冲击地压的影响因素及诱发条件;通过“三准则”理论验证了冲击倾向性实验部分的三项指标判断4#煤具有冲击倾向性。3.基于试验与理论分析,利用FLAC3D反演401103工作面应力场、位移场和裂隙场演化特征。通过应力场演化,确定了应力集中区在超前工作面、巷道部位及实体煤侧中具有冲击危险性。通过裂隙场演化,得出了煤体与顶底板为“拉-剪”破坏。4.通过对数值模拟结果中的重点防冲区域进行现场监测,确定工作面进风巷左侧5~10m是重点防冲区域。针对重点防治区域,提出了以矿井群为研究单位的“区域卸压+局部卸压+防冲支护”防冲治理模式。
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